Симулятор роста бактерий
Уравнения этой модели
| N₀ | Начальная концентрация N₀ (клеток на мл, как степень 10) | клеток на миллилитр культуры при t = 0; свежий посев обычно 10⁵–10⁶ | |
|---|---|---|---|
| Td | Время удвоения Td (время генерации), минуты | 20 минут для E. coli в богатой среде при 37 °C и около 90 для пекарских дрожжей при 30 °C; час и больше для многих других бактерий | |
| K | Ёмкость среды K (клеток на мл, как степень 10) | где рост останавливается, потому что кончаются пища и кислород; около 10⁹ на мл для E. coli в бульоне LB и несколько × 10⁸ для дрожжей в YPD | |
| r | скорость роста | прирост доли в минуту; ln 2 = 0,693 | |
| N(t) | концентрация культуры (меняется со временем) | сначала экспоненциальная — прямая на логарифмическом графике, — затем выходит в стационарную фазу у K | |
| t | время культивирования | в минутах; скорость воспроизведения задаёт лишь то, как быстро оно идёт на экране |
При текущих значениях:
| OD₆₀₀ | оптическая плотность при 600 нм (насколько мутная колба) | что показывает спектрофотометр; колба заметно мутнеет примерно с OD 0,1 | |
|---|---|---|---|
| c | клеток на мл, дающих OD₆₀₀ = 1 | около 8 × 10⁸ для E. coli и 3 × 10⁷ для дрожжей, чьи клетки гораздо крупнее и каждая задерживает больше света |
При текущих значениях:
| колонии | колоний на чашке | каждая выросла из одной клетки — колониеобразующей единицы (КОЕ); считают только чашку с 30–300 колониями, поэтому образец разводят, пока одна чашка не попадёт в этот диапазон | |
|---|---|---|---|
| фактор разведения | Фактор разведения (последовательные разведения образца 1:10) | 1 мл культуры в 9 мл физраствора — это 1:10; четыре повтора дают 1:10 000 | |
| высеянный объём | Высеянный объём (мл) | количество разведённого образца, распределённое по агару | |
| КОЕ на мл | концентрация жизнеспособных клеток | рассчитана обратно по чашке; сравните её с истинной N культуры в момент взятия образца (чашка видит только живые клетки, способные делиться) |
При текущих значениях:
| d | диаметр колонии | в миллиметрах; колония становится видна примерно с 0,3 мм и достигает 1–3 мм через сутки, у дрожжей — через двое-трое суток | |
|---|---|---|---|
| v | скорость роста колонии | 0,1 мм в час для E. coli на агаре при 37 °C и около 0,04 для дрожжей при 30 °C; делятся только клетки на краю, поэтому колония расширяется с постоянной скоростью, а не удваивается | |
| t_inc | время инкубации чашки | часов с момента посева; чашки обычно смотрят через 18–24 часа, чашки с дрожжами — через 2–3 дня | |
| t_lag | задержка до появления колонии | 4 часа для E. coli и около 16 для дрожжей: первые деления дают точку, слишком маленькую, чтобы её увидеть, хотя в ней уже тысячи клеток |
При текущих значениях:
Как пользоваться симулятором роста бактерий
- Выберите E. coli или пекарские дрожжи, чтобы загрузить типичные значения, затем при желании измените время удвоения, начальную концентрацию и ёмкость среды. Культура в колбе удваивается снова и снова и мутнеет, проходя около 10⁸ клеток на мл, или несколько миллионов для гораздо более крупных клеток дрожжей; график показывает численность в логарифмическом масштабе, где экспоненциальный рост — прямая, загибающаяся у ёмкости среды.
- Отдельные клетки не видны, поэтому культуру считают посевом: выберите разведение и объём и нажмите «Высеять образец». Каждая попавшая живая клетка за следующие сутки (у дрожжей — двое-трое суток) вырастает в колонию, и чашка заполняется по мере их появления.
- Посчитайте колонии и умножьте обратно на разведение, чтобы получить жизнеспособные клетки на мл. Чашка с 30–300 колониями пригодна для подсчёта; при большем числе они сливаются, поэтому по мере роста культуры разводите образец сильнее. Калькулятор OD600 переводит показание спектрофотометра в клетки на мл, а Калькулятор времени удвоения клеток находит Td по двум подсчётам.
Частые вопросы
Как быстро размножаются бактерии?
В идеальных условиях E. coli удваивается примерно каждые 20 минут, поэтому одна клетка за 3 часа становится тысячей, а за 7 — миллионом. Большинство бактерий медленнее: час и больше на удвоение — обычное дело, а Mycobacterium tuberculosis нужно около суток.
Как считают культуру?
Серийными разведениями и посевом. Образец разводят 1:10, затем ещё 1:10 и так далее; известный объём каждого разведения распределяют по агару и инкубируют ночь. Каждая жизнеспособная клетка вырастает в одну видимую колонию — колониеобразующую единицу (КОЕ), и концентрация = колонии × коэффициент разведения ÷ посеянный объём. Наиболее надёжный подсчёт дают чашки с 30–300 колониями. Измерение OD600 на спектрофотометре быстрее, но учитывает и мёртвые клетки.
Почему колония растёт с постоянной скоростью, а не удваивается?
Внутри колонии пищу и место для деления имеют только клетки на краю, поэтому после первых суток колония расширяется с примерно постоянной скоростью — около 0,1 мм в час для E. coli, — а не удваивается. Колония 2 мм содержит около 10⁹ клеток, происходящих от одной.
Что такое ёмкость среды?
Наибольшая популяция, которую может поддерживать культура, — около 10⁹ клеток на мл для E. coli в богатом бульоне. Симуляция использует логистическую кривую, которая сначала растёт экспоненциально и выходит на плато по мере исчерпания питательных веществ и накопления отходов: стационарная фаза.
Пишет, что WebGL выключен.
Для 3D-вида нужен WebGL, который есть во всех современных браузерах. Он может быть выключен, если в настройках браузера отключено аппаратное ускорение или графический драйвер очень старый. Включите аппаратное ускорение или попробуйте другой браузер.
Загружается ли что-нибудь?
Нет. Симуляцию рисует ваш собственный браузер с помощью WebGL; ничего никуда не отправляется, и после загрузки страницы она работает и офлайн.